Linux进程管理（三）——fork() vs exec || fork() vs. vfork()

 

一、关于fork()和exec系列区别的文字，很浅显易懂：

1、fork()
    一个程序一调用fork函数，系统就为一个新的进程准备了前述三个段，首先，系统让新的进程与旧的进程使用同一个代码段，因为它们的程序还是相同的，对于数据段和堆栈段，系统则复制一份给新的进程，这样，父进程的所有数据都可以留给子进程，但是，子进程一旦开始运行，虽然它继承了父进程的一切数据，但实际上数据却已经分开，相互之间不再有影响了，也就是说，它们之间不再共享任何数据了。而如果两个进程要共享什么数据的话，就要使用另一套函数（shmget，shmat，shmdt等）来操作。现在，已经是两个进程了，对于父进程，fork函数返回了子程序的进程号，而对于子程序，fork函数则返回零，这样，对于程序，只要判断fork函数的返回值，就知道自己是处于父进程还是子进程中。

   事实上，目前大多数的unix系统在实现上并没有作真正的copy。一般的，CPU都是以“页”为单位分配空间的，象INTEL的CPU，其一页在通常情况下是4K字节大小，而无论是数据段还是堆栈段都是由许多“页”构成的，fork函数复制这两个段，只是“逻辑”上的，并非“物理”上的，也就是说，实际执行fork时，物理空间上两个进程的数据段和堆栈段都还是共享着的，当有一个进程写了某个数据时，这时两个进程之间的数据才有了区别，系统就将有区别的“页”从物理上也分开。系统在空间上的开销就可以达到最小。

2、对于exec系列函数
    一个进程一旦调用exec类函数，它本身就“死亡”了，系统把代码段替换成新的程序的代码，废弃原有的数据段和堆栈段，并为新程序分配新的数据段与堆栈段，唯一留下的，就是进程号，也就是说，对系统而言，还是同一个进程，不过已经是另一个程序了。不过exec类函数中有的还允许继承环境变量之类的信息，这个通过exec系列函数中的一部分函数的参数可以得到。

 

二、关于fork()和vfork()系列区别

vfork与fork主要有三点区别:
　　(1) fork():子进程拷贝父进程的数据段，堆栈段
　　     vfork():子进程与父进程共享数据段
　　(2) fork()父子进程的执行次序不确定vfork 保证子进程先运行,在调用 exec 或 exit 之前与父进程数据是共享的,在它调用 exec或 exit 之后父进程才可能被调度运行。
　　(3) vfork()保证子进程先运行,在它调用 exec 或 exit 之后父进程才可能被调度运行.如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作,则会导致死锁。

　　1)先用fork()进行试验

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(void) {
　　pid_t pid;
　　int count=0;
　　pid=fork();

　　count++;

　　printf("count= %d\n",count);

　　return 0;
}

分析:
　　通过上面fork()的说明,这个程序的输出应该是:
　　./test
　　count= 1
　　count= 1

　　2)而将fork()换成vfork()呢,程序如下

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(void) {

　　pid_t pid;

　　int count=0;

　　pid=vfork();

　　count++;

　　printf("count= %d\n",count);

　　return 0;
}

　　执行结果:
　　./test
　　count= 1
　　count= 1
　　Segmentation fault (core dumped)

　　分析:
　　通过将fork()换成vfork(),由于vfork()是共享数据段,为什么结果不是2呢,答案是:
　　vfork保证子进程先运行,在它调用 exec 或 exit 之后父进程才可能被调度运行.如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作,则会导致死锁.

　　3)做最后的修改,在子进程执行时,调用_exit(),程序如下:

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>

int main(void) {
　　pid_t pid;

　　int count=0;

　　pid=vfork();

　　if(pid==0) {
　　     count++;
　　     _exit(0);
　　} else {
　　     count++;
　　}

　　printf("count= %d\n",count);

　　return 0;
}

　　执行结果:
　　./test
　　count= 2

　　分析:如果子进程中如果没有调用_exit(0),则父进程不可能被执行,在子进程调用exec(),exit()之后父进程才可能被调用.
　　所以加上_exit(0),使子进程退出,父进程执行.
　　这样 else 后的语句就会被父进程执行,又因在子进程调用 exec 或 exit 之前与父进程数据是共享的,
　　所以子进程把父进程的数据段count改成1了,子进程退出后,父进程又执行,最终就将count 变成了 2.

 

三、那么什么时候要用vfork() ，而不用fork()呢：

（1）vfork()共享父进程数据段，比fork()的COW节省了开销：这样的好处是在子进程被创建后仅仅是为了调用exec执行另一个程序时，因为它就不会对父进程的地址空间有任何引用，所以对地址空间的复制是多余的，通过vfork可以减少不必要的开销。

（2）vfork()保证先“子”后“父”执行：vfork创建子进程后，保证子进程先运行，在它调用exec或exit后父进程才可能调度运行（再次之前父进程一直阻塞）。而fork的父子进程运行顺序是不定的，它取决于内核的调度算法。

 

 

 

参考文献：

http://linux.chinaitlab.com/c/831529.html

http://linux.chinaitlab.com/c/831529_2.html

http://wenku.baidu.com/link?url=83YXzTr6TKlTw_kfnKzgZQ-jjLV2wFYxU7ZONaFHbhZ6_xxBBuR8qgG0UUcFC2GPvO0wClASwJY8V1LctSTjJwFjBGXN1ODQ6dmdmrNaPgS

 

神奇的vfork:   http://hi.baidu.com/_kouu/item/93af230d0a22bc354ac4a3d9